Faculdades Cathedral
Curso: Farmácia
Periodo: 5º semestre
Disciplina: Bromatológica
Aluno: David Nicolas Marques de Sousa. RA:40701
Definir Nanotecnologia, Nanociência, Nanomedicina e Nanobiotecnologia.
Boa vista
2020
NANOTECNOLOGIA
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RESUMO SOBRE NANOTECNOLOGIA E NANOCIENCIA, Notas de estudo de Biologia
CONCEITOS BÁSICOS SOBRE NANOTECNOLOGIA E SUA IMPORTÂNCIA NO DESENVOLVIMENTO NA INDUSTRIA ALIMENTÍCIA
Tipologia: Notas de estudo
2020
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Faculdades Cathedral Curso: Farmácia Periodo: 5º semestre Disciplina: Bromatológica Aluno: David Nicolas Marques de Sousa. RA: Definir Nanotecnologia, Nanociência, Nanomedicina e Nanobiotecnologia. Boa vista 2020 NANOTECNOLOGIA
Nanotecnologia é o entendimento e controle da matéria em nanoescala, em escala atômica e molecular. Ela atua no desenvolvimento de materiais e componentes para diversas áreas de pesquisa como medicina, eletrônica, ciências, ciência da computação e engenharia dos materiais. Um dos princípios básicos da nanotecnologia é a construção de estruturas e novos materiais a partir dos átomos. O objetivo é elaborar estruturas estáveis e melhores do que se estivessem em sua forma "normal". Isso porque os elementos se comportam de maneira diferente em nanoescala. O homem só pode ver átomos individualmente pela primeira vez em 1981, quando o Microscópio de Varredura por Tunelamento (STM), uma das mais importantes ferramentas de nanotecnologia, foi criado e deu início à nanotecnologia. O STM foi o que permitiu a observação de átomos e moléculas em nível atômico. Além dele, outra importante ferramenta de nanotecnologia é o Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV). Ambos são usados na exploração de materiais em nanoescala. A nanotecnologia é usada em uma infinidade de aplicações, de tecidos livres de odores e alimentos menos perecíveis a métodos terapêuticos contra o câncer. De acordo com o site NanOpinion, lançado pelo Programa de Pesquisa e Desenvolvimento da União Europeia, a nanotecnologia significa “engenharia a uma escala muito pequena". Um nanômetro é a bilionésima parte de um metro. É como se comparássemos o tamanho de uma maçã com o planeta Terra. A nanotecnologia é aplicada em diversas áreas, incluindo alimentos, agricultura, medicina, tecnologias da informação, comunicação, energia e meio ambiente. A nanotecnologia nos permitirá ter acesso a produtos mais saudáveis, resistentes a doenças e menos perecíveis Atualmente, na indústria alimentar, predomina o uso da nanotecnologia para melhorar o sabor dos alimentos e torná-los menos perecíveis. Além disso, a revista Agro indica que a nanotecnologia começou a ser utilizada na fabricação de pão de forma com ômega-3 procedente de peixe, na melhora da textura de produtos lácteos, como o queijo, e no controle dos odores dos alimentos. Entretanto, nos alimentos processados, está sendo usada para reduzir a quantidade de gordura e sal necessária para sua produção. Como é uma tecnologia relativamente nova, com pouca informação disponível sobre os efeitos colaterais, é vista com algum ceticismo por alguns cidadãos, governos e ONG. Os detratores dos nanoalimentos argumentam que é necessário realizar mais estudos para confirmar a segurança dos produtos derivados da nanotecnologia antes de comercializá-los a grande escala. De fato, a revista Consumer aponta que, desde 2008, a Comissão Europeia está estudando a possibilidade de regulamentar todas as aplicações da nanotecnologia relacionadas com os alimentos para seres humanos. A nanotecnologia na alimentação nos permitirá ter acesso a produtos mais saudáveis, resistentes a doenças e menos perecíveis. O Agro mostra alguns exemplos de nanotecnologias que estão sendo desenvolvidas: sensores para analisar o estado de frescor e estimar a vida útil com precisão, detecção e neutralização imediata de microrganismos patogênicos, aditivos, remédios, toxinas, metais pesados e pesticidas e detecção de alérgenos e fatores antinutricionais. Também houve progressos significativos no desenvolvimento de nano- embalagens e nano-etiquetagens, um método de fabricação que utiliza a
NANOBIOTECNOLOGIA
A NanoBiotecnologia, resultante da convergência da Nanotecnologia com a Biotecnologia, é um dos ramos mais promissores da Nanotecnologia. Embora ainda esteja a dar os primeiros passos, esta nova área tecnológica já revelou desenvolvimentos que se prevêem terem um impacto muito profundo em Medicina e, em particular, na área de diagnóstico, pois a utilização de nanopartículas permite efectuar análises químicas e biológicas com um elevado grau de sensibilidade, especificidade e reconhecimento. [1] Outra área muito promissora para a aplicação da nanobiotecnologia reside na cosmética, já existindo inúmeros produtos disponíveis no mercado derivados desta tecnologia emergente. Como a nanobiotecnologia está relacionada com a manipulação da matéria ao nível molecular, visando a criação de novos materiais, substâncias e produtos aplicados a processos biológicos, a aplicabilidade desta nova tecnologia é muito vasta, podendo ir desde a medicina, à cosmética, passando pela área ambiental e alimentar Uma das formais mais simples e claras de verificar a evolução de qualquer tecnologia é através da análise ao panorama de patenteamento dessa tecnologia. Qualquer tecnologia que seja interessante em termos de mercado, é protegida por meio de direitos de incidência tecnológica (protecção das invenções por meio de patentes ou modelos de utilidade) e/ou comercial (protecção dos sinais distintivos do comércio como marcas, logótipos, desenhos ou modelos), logo nos estádios mais iniciais do seu desenvolvimento. Como tal, a análise aos pedidos de patente de invenções é uma excelente forma de verificar o desenvolvimento de novas tecnologias. Ao obter o panorama de patenteamento da nanobiotecnologia é possível verificar quais os países onde ocorre um maior grau de patenteamento nessa área técnica (ou seja, quais os mercados mais apetecíveis para a comercialização dos produtos/processos derivados dessa tecnologia) ou quais as entidades (empresas ou universidades) que mais operam nessa área, com o objectivos de identificar concorrentes ou possíveis parceiros com vista a uma futura comercialização da tecnologia. Também é possível analisar a evolução global dos pedidos de patente ao longo de determinado período de tempo e, ainda, quais os principais inventores que mais publicam pedidos de pantente na área da nanobiotecnologia. Uma das ferramentas utilizadas para este fim é a base de dados comercial fornecida pela Thomson/Reuters, a ThomsonInnovation, através da qual é possível obter o panorama de patenteamento da nanobiotecnologia, com base na classificação de patentes. As investigações sobre as possíveis influências do uso de nanopartículas no ambiente são ainda recentes, não havendo definição clara a respeito da sua utilização e regulamentação, ponderando-se sobre os eventuais benefícios (QUINA, 2004; VALADARES, CHAVES e ALVES, 2005; LÊDO, 2006; SURENDIRAN et al., 2009; WANG et al., 2010): (a) Detecção e acompanhamento da poluição, por meio da preparação de nanosensores, mais
sensíveis e mais específicos, para a detecção e o monitoramento ambiental de poluentes orgânicos e inorgânicos –, com aplicabilidade, por exemplo, na avaliação dos níveis de poluentes em alimentos e em outros produtos de consumo humano; (b) Tratamento da poluição, em decorrência da relevante propriedade de adsorção de diferentes substâncias – por exemplo, metais e compostos orgânicos –, pela grande área superficial das nanopartículas; tem sido descrito, igualmente, o emprego de nanopartículas magnéticas e a utilização de nanotubos de carbono para a dessalinização da água; ademais, é pensável, a longo prazo, que nano-bots sejam capazes de agir na descontaminação ambiental; (c) Profilaxia dos agravos relacionados à poluição, destacando-se o emprego de nanomateriais catalíticos – os quais amplificam a eficiência e a seletividade de processos industriais –, concorrendo para um maior aproveitamento de matérias-primas, com reduzido dispêndio de energia e menor produção de resíduos indesejáveis. Ainda que se possa conjecturar sobre estes promissores usos, as características físicoquímicas das nanopartículas facilitam sua dispersão – na atmosfera, nas águas, nos solos e nos sistemas vivos – e, igualmente, dificultam sua remoção por técnicas habituais de filtração, tendo tais ocorrências efeitos imprevisíveis – de fato, há observações recentes da presença de nanopartículas no fígado de animais usados em pesquisas, as quais podem “ganhar” a cadeia alimentar (SBPC/Labjor, 2002). Com efeito, a discussão segue envolta em grande controvérsia, aspecto que pode ser explorado em atividades interdisciplinares de ensino de ciências – formulando estratégias pedagógicas para trabalhar o tema em sala de aula –, a partir da realização de debates sobre os prós e os contras do uso dessa tecnologia, enfocando os aspectos ambientais. A IMPORTANCIA NA INDUSTRIA A importância da tecnologia na indústria alimentícia convém com o desenvolvimento de filmes que validam a importância das aplicações nanotecnologias, dos quais melhoram a estabilidade e conservação dos produtos, com o intuito de controlar a grande quantidade de alimentos produzidos nos campos e a perca pós-colheita, demonstrando à ação protetora que a embalagem tratada com a prata oferece ao alimento consumido pela população, e a eficácia na eliminação de bactérias causadoras de infecções nos seres humanos. A influência de fatores biológicos e físicos contribui para a contaminação e desperdício do alimento natural, causando perdas significativas do produto. Perante a isto, destacasse a hipótese sobre, qual inovação tecnológica pode ser utilizada ainda na produção e como isso pode garantir com eficácia a proteção e qualidade do alimento sem a perda de suas propriedades naturais. Discutir a eficácia da nanotecnologia para a proteção e preservação das propriedades naturais dos alimentos, além de apontar a efetividade na indústria alimentícia perante a conservação dos alimentos a serem tratados a fim de evitar o desperdício. Estudar sobre as qualidades e os efeitos que as nanopartículas de prata podem ter ao entrarem em contato com os alimentos a serem consumidos pela população e compreender os estudos sobre o método tecnológico (nanotecnologia) a ser usado para o tratamento e conservação dos alimentos. Neste trabalho foram utilizados artigos científicos, livros, trabalhos acadêmicos e publicações, disponíveis nos últimos 20 anos, o que caracterizam uma pesquisa e revisão bibliográfica, assim como também foi
nanotecnologia, tem por objetivo, quando em contato com o alimento proporcional de modo geral a qualidade do produto ao consumidor, proporcionando muitos benéficos, aplicada em qualquer etapa da produção alimentícia. A nanotecnologia através das embalagens inteligentes (filmes), representa um grande crescimento produtivo no setor alimentícios, uma vez que essa tecnologia pode reduzir a contaminação por microorganismos, preserva o sabor, a cor, aumenta a vida útil no tempo de prateleira, aumenta o valor de mercado, diminui o desperdício, produzindo alimentos mais saudáveis, saborosos e nutritivos. Os processos de conservação de alimentos são baseados na eliminação total ou parcial dos agentes que alteram os produtos, sejam os de natureza biológica (microrganismos), sejam os de natureza química (enzimas). Consistem na aplicação de alguns princípios físicos ou químicos tais como: uso de altas e baixas temperaturas, eliminação de água, aplicação de aditivos conservantes, armazenamento em atmosfera controlada, uso de certas radiações e filtração. Os diversos processos podem ser aplicados em extremos de escalas de tecnologia e custos, com muito bons resultados (BARUFALDI, R.; OLIVEIRA, M. N., 1998). a nanotecnologia age na conservação de alimentos. Essa técnica possibilitou a conservação dos produtos, a sua vida útil, suas propriedades naturais, uma vez que 17 foram utilizados métodos tecnológicos avançados, ou seja, sem a adição de conservantes químicos, aditivos, entre outros. Na compreensão da extensão dos desperdícios, alguns exemplos são citados: como as perdas que ocorrem em produtos agrícolas, chegam a equivaler a 7,8% do produto interno bruto brasileiro (PIB), algo próximo aos R$ 10 bilhões (JARDINE, 2002). Segundo GIOVANNINI (1997) o Brasil perde, anualmente, mais de US$ 1,0 bilhão de frutas e hortaliças. Isso acontece devido serem produtos com alto grau de perecibilidade e a falta de cuidado na hora da colheita, também como, transporte, armazenamento, fatores físicos, biológicos e químicos.Normalmente as perdas são atribuídas a causas bióticas (doenças patogênicas), abióticas (desordens ou distúrbios fisiológicos ou doenças não patogênicas) e principalmente causas físicas (injúrias mecânicas), sendo classificadas em perdas qualitativas e perdas quantitativas. São denominadas perdas qualitativas aquilo que vai alem das perdas físicas, que são mensuráveis, os alimentos ainda sofrem alterações e perdas nutricionais, ressalta-se principalmente a perda de vitaminas, minerais, pigmentos e açúcares (MORRIS, 1982). As perdas quantitativas incluem, entre outras, principalmente os danos mecânicos, ocasionados freqüentemente em operações de pré- colheita, colheita e de manuseio, tais como classificação, embalagem e transporte. Normalmente são porta de entradas para invasões e crescimento de patógenos, perda de peso, sabor, firmeza e mudança de coloração (CRISOSTO et al., 1997). As novas tecnologias têm o objetivo de minimizar e/ou acabar com as percas de produtos e a perca de suas propriedades naturais a fim de combater o desperdício tanto alimentício como financeiro no Brasil e no mundo. As frutas e hortaliças frescas necessitam de um cuidado especial, pois se trata de produtos de rápida deterioração. Segundo a Embrapa, de cada dez frutas 18 apenas quatro chegam a mesa do consumidor, as outras seis são descartadas por estarem impróprias para o consumo (EMBRAPA, 2018). Para atender a demanda e necessidade do mercado consumidor, foram desenvolvidas as embalagens inteligentes que não só protegem o alimento, como também interagem com ele alterando suas
propriedades (ALVEZ, GOMES, OLIVEIRA, 1996). Elas podem reduzir o nível de umidade, controlar os níveis de etileno para inibir o amadurecimento das frutas e hortaliças, liberar aditivos para prevenir o crescimento de microorganismos, representados no anexo A, e bolores, controlar as trocas gasosas com o ambiente, controlar oxigênio no caso de alimentos oxidáveis, entre outros (AZEVEDO, FARIA, 2000). Para o armazenamento de maçãs fugi, as embalagens ativas continham em sua formulação nanopartículas de prata como agente bactericida para reduzir a deterioração das mesmas. As nanopartículas foram incorporadas as embalagens, para eliminar as impressões negativas vista no produto, e prevenir que os agentes ativos causassem danos ao alimento, atingindo o sabor ou apresentando odor desagradável, ou ainda levar à modificação na textura do alimento. Para tanto, as maças foram colocadas em embalagens convencionais de poliéster (PCL) e poliéster ativado com nanoparticulas de prata (PCL-NP) para tal comparação e eficácia dos experimentos (RICO, TORRES, 1990). Os filmes de PCL-NP foram mais resistentes à perfuração do que os filmes de PCL, comprovando-se assim a melhora nas propriedades mecânicas dos filmes de PCL com a adição de nanopartículas de prata (POGODINA E COLABORADORES, 2008). Os resultados apresentados mostram que as embalagens ativas (PCL-NP) foram eficientes na conservação do produto, inibindo o escurecimento e o surgimento visual de fungos por até 40 dias, pois a adição de nanopartículas foi efetiva para melhorar as propriedades mecânicas e de barreira dos filmes de PCL. A prata incorporada aos filmes de PCL (PCL-NP) aumentou o tempo de prateleira da maçã. Depois de 40 dias cerca de 70% das maçãs embaladas em filmes de PCL-NP continuavam próprias para o consumo. Segundo a literatura, a introdução de nanopartículas acarreta uma queda na permeabilidade dos filmes a gases e líquidos, melhorando o desempenho das embalagens (WANG E COLABORADORES, 2005). Para avaliar o efeito destes filmes na qualidade físico-química e microbiológica de morangos, os mesmos foram embalados com filmes polietileno de baixa densidade (PEBD) e polietileno de baixa densidade com nanoparticulas de 19 prata (PEBD+NPAg), conforme apresentado na figura 1. A ação antimicrobiana das NPsAg quando aplicadas nas embalagens de morango foi efetiva na diminuição da população microbiana nos morangos, representada no anexo A. A ação antimicrobiana e a manutenção da qualidade pós-colheita apresentada pelas embalagens de polietileno com NPsAg pode ser um indicativo de uso para outras frutas e hortaliças, podendo auxiliar na diminuição das perdas pós colheita, e contribuindo para questões de segurança do alimento. A embalagem promove a proteção dos frutos quanto a danos físicos, ataques de patógenos e desidratação, além de limitar os danos causados pelo excesso de manipulação até chegar ao consumidor, visto que a senescência é acelerada por danos mecânicos, sendo uma das principais causas de perdas pós-colheita de morango (FERREIRA et al., 2009). Produtos minimamente processados podem aumentar o risco de surtos de doenças, devido ao fato de que a cadeia de produção causa injúrias ou ferimentos e, reduz a sua resistência à deterioração microbiana (Moretti 2002, Artés et al. 2007), a couve minimamente processada foi acondicionada, em embalagem de polietileno (bandeja) revestida com filme de policloreto de vinila (PVC), e (PVC+NPsAG) com o intuito de verificar o aumento da inocuidade do produto. Observou-se que as nanopartículas promoveram cerca de 99,9 % de redução, na população de Escherichia coli
disposição espacial dos átomos detalhadas em objetos com dimensões nanométricas. Com a criação do microscópio de varredura por tunelamento, foi possível a visualização dos átomos, nunca visto anteriormente. A Nanotecnologia é um termo genérico para um conjunto de tecnologias, técnicas e processos para a posterior preparação, caracterização, manipulação de átomos ou moléculas para construir novos materiais em escala de nanométrica. A indústria tenta desenvolve sol-gel é o mais utilizado. manipular átomos e moléculas individuais e desenvolver produtos mais eficientes, lucrativos, econômicos e sustentáveis, e com isso desenvolver diversos materiais como roupas que monitoram sinais vitais do corpo, embalagens ativas e inteligentes, diagnósticos de doenças, sensoriamento para internet, cosméticos, células solares, nanomanipulação de proteína vegetal, entre outras áreas de atuação.De maneira geral a nanotecnologia possibilita que áreas como medicina, química, física e biologia sejam integradas em projetos de pesquisa e desenvolvimento, com aplicações também em indústrias de diferentes ramos, como a automotiva, têxtil, de alimentos e de eletrônica A nanotecnologia apresenta três principais setores de aplicação com maior destaque na indústria atualmente, sendo: nanoeletrônica, nanomateriais e nanobiotecnologia. Segundo Fortunato (2005), o objetivo na nanoeletrônica é prosseguir o desenvolvimento em microeletrônica de ultra-alta compactação e miniaturização, especialmente para as tecnologias de informação e computação, mas a escalas significativamente menores, permitindo a manipulação de quantidades de informação extremamente grandes associadas a rápidas velocidades de processamento. Através de um controle da microestrutura em escala nanométrica, surgem os nanomateriais que aparecem como um novo tipo de material, que apresenta novas e distintas propriedades, processabilidades e capacidades. A função dos nanomateriais é controlar com precisão a morfologia à dimensão nanométrica das substâncias ou partículas para produzir materiais nanoestruturados. Ao envolver todos estes domínios que se sobrepõem, os instrumentos medem e manipulam estruturas ultra pequenas, como sejam, por exemplo, os microscópios de resolução à escala nanométrica (FORTUNATO 2005). Para Duran e De Azevedo (2004), as ciências físicas são responsáveis por oferecerem ferramentas pra síntese e fabricação de equipamentos para medir as características de células e componentes sub celulares e de materiais úteis em biologia celular e molecular, a biologia por sua vez oferece a janela nas mais sofisticadas estruturas que já existem (movimento: flagelos; informação: DNA; catalise: enzimas; isolantes elétricos: mielina; reconhecimento molecular; anticorpos, etc). Contudo cabe a nanotecnologia, prover meios para diagnósticos prematuros e melhorar o diagnóstico de doenças, levando a melhores tratamentos, além de se mostrar como uma tecnologia promissora com objetivo em aumentar a eficiência do processo de desenvolvimento de fármacos. A nanotecnologia aplicada a indústria alimentícia possui inúmeras possibilidades de utilização. Entre algumas aplicações possíveis estão a utilização de sensores nanoestruturados e nanobiossensores para detecção de microrganismos patogênicos, aditivos, toxinas e resíduos em produtos alimentícios Sucintamente a nanotecnologia na indústria alimentícia se resume a criação das embalagens ativas e inteligentes com a presença de nanocompositos, biosensores e nanoparticulas. O desenvolvimento de novos
produtos para essa área da indústria possibilita a identificação das propriedades dos produtos, como validade e vitalidade, deste modo conduzem o alimento a ter maior vida útil, e mantém suas características como cor, sabor, proteínas e aroma, de modo a deixar o produto mais natural, sem conservantes químicos, como se o alimento fosse “fresco”, direto do meio rural para a mesa (TNS, 2015). A função principal das embalagens de alimentos é a de manter a qualidade e segurança dos produtos alimentares durante o armazenamento e transporte, e prolongar a vida de prateleira de produtos alimentares, impedindo o contato com fatores ou condições desfavoráveis, tais como microrganismos, contaminantes químicos, oxigênio, umidade, luz, etc (RHIM; PARK; HA, 2013). Embalagens ativas são atualmente uma das tecnologias mais dinâmicas usadas para preservar a qualidade dos alimentos através da liberação de agentes ativos por uma película na embalagem. A liberação de agentes ativos pode ser controlada por um longo período de tempo para manter ou aumentar a qualidade e vida de prateleira de produtos, sem a necessidade de adição direta de quaisquer substâncias ao alimento
https://repositorio.pgsskroton.com.br/handle/123456789/ https://www.scielo.br/pdf/ciedu/v16n2/v16n2a14.pdf https://canaltech.com.br/ciencia/o-que-e-nanotecnologia/